水樹枝的產生

來源：揚州國浩電氣有限公司 2025年05月13日 07:06

水樹枝的產生可以分為兩個階段。個階段：絕緣體中不規則部分的水產生局部的凝縮。在電纜制造過程中和從外部環境侵入的少量水在絕緣物中是均勻分布的，但水分子在電場作用下，因極化而產生極化遷移，被不規則部分所吸引，逐漸積累產生水氣的局部過飽和狀態。第二階段：在不規則部分的微空隙和多孔性不純物的自由空間產生液態的水。這個階段為水樹枝的成長階段，其過程是由一種機理造成還是幾種不同機理綜合作用的結果，至今沒有確切的定論，但極化遷移的作用是存在的。其次某種“泵浦效應”使局部壓力上升，微孔擴大和引起機械損傷。除此之外，還有Maxwell應力(電磁應力)，電氣滲透的電化學機理以及微放電等其他重要因素。在以上因素的共同作用下，水樹枝會持續生長，從顯微鏡下，我們可以看到充滿水的細小裂縫，直徑為0.1至幾個um，并在水樹枝的呈現高電場，進一步促使水樹枝的延伸，最后水樹枝逐漸向電樹枝轉化，形成大面積的貫穿整個主絕緣的樹枝使絕緣擊穿。以上過程如圖1所示。

水樹枝產生和發展機理框圖

但是，水樹枝的產生是一個緩慢發展的過程，發展速度受多種因素影響。一般來說，電纜要運行8年以上才會發生由于水樹枝原因而造成的電擊穿故障。

加速老化試驗的研究發現，影響水樹枝的發生和生長的因素主要有：施加交流電壓的幅值、交流電壓的頻率、針尖曲率半徑、水質、溫度等：

1）外施電壓

當電源頻率為50Hz，針尖曲率半徑為10um，水樹枝長度與施加電壓、時間的關系如圖2所示，隨著外施交流電壓的提高和老化時間的增長，水樹的發展較為明顯。山圖3還可以看出，水樹枝生長過程中存在緩慢上升區間和快速上升區間。

不同交流電壓下水樹枝氏度與老化時間的關系

2）外施電壓頻率

電源頻率對水樹枝的生長的影響如圖3所示。表明頻率對絕緣的老化也有促進作用。

水樹枝的長度與頻率的關系

3）針尖曲率半徑

針尖曲率半徑越小，針尖處的局部場強越大，則水樹枝的生長越快。試驗結果如圖4所示。

水樹枝長度與針尖曲率半徑的關系

4）溫度

溫度對水樹枝的生長關系沒有統一的認識，但一般認為溫度越高，XLPE絕緣材料中特別小的水樹的數量越多。并且在實際運行過程中，電纜的負荷是不斷變化的，電纜絕緣處于熱循環的狀態中，這種狀態比溫度恒定時更能促進水樹的生長。

5）水質

水質對產生水樹枝影響的次序為：
NaCl水溶液>自來水>去離子水

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